ナノ間隙サイトの導入による高容量水素貯蔵物質の創製

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350371
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 藤井 博信 広島大学, 総合科学部, 教授 (30034573)
• 研究分担者: 市川 貴之 広島大学, 総合科学部, 助手 (10346463) ; 下條 冬樹 熊本大学, 理学部, 助教授 (60253027) ; 折茂 慎一 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (40284129)
• キーワード: 黒鉛(グラファイト) / 機械的ミリング処理 / 水素貯蔵特性 / ナノ構造化 / 高圧水素ガス雰囲気 / 水素・炭素結合 / 物理吸着 / 化学吸着

研究概要

我々のグループでは、特に黒鉛(グラファイト)に注目して、その水素貯蔵特性の研究を精力的に進めている。グラファイトは、水素雰囲気下でメカニカルミリング(機械的粉砕)処理を行うことにより、約7wt%もの多量の水素を吸蔵する。この水素は昇温によってのみ放出され、化学結合により物質中に保持されている。構造解析の結果、ミリング処理に伴ってナノ間隙サイトの発達が水素吸蔵を促進させている事が明らかとなり、これによって著しい水素吸蔵能の増加が実現した。
本年度、我々は、6MPaまでの水素圧力でミリング出来、かつ、ミリング容器にリザーバと圧力計を備えた新しいミリングシステムを開発した。高圧下で作製されたグラファイトの昇温脱離スペクトルには、約700Kと約1000Kの2つの放出ピークが出現した。また、高圧下で作製された試料ほど放出温度が高温にシフトすることが判った。また、酸素燃焼法により同定した安定な水素量と、容量法により同定した6MPaでの水素量(安定な水素+不安定な水素)との間にはかなりの違いが認められた。つまり、高圧下で作製されたグラファイトほど、不安定な水素吸蔵量(室温で吸蔵・放出する)は増大する。これは、高圧ほど不安定水素の生成サイトの導入には有利であるという結果であり大変興味深い。一方、詳細な構造解析から高圧下ではグラファイトのナノ構造(ナノメータスケールでのみ秩序を持った構造)化の進行が抑えられ、これに起因して安定吸蔵水素量の減少、そして放出温度の高温化が生じたと考えられる。しかしながら、不安定な(物理吸着または化学吸着による)水素は、高圧下で作製された試料ほど増加する傾向を示し、活性炭等で確認される水素量に匹敵する結果となった。しかし、活性炭は数千m^2/gもの比表面積を有する物質であるが、このグラファイトはわずかm^2の値しか持たない。この点は非常に興味深いが、その不安定な水素の生成起源はいまだ明らかになってはいない。そのメカニズムの解明は今後の炭素材料を用いた水素貯蔵物質の材料設計に指針を与えると考えられ、今後追及する。

研究成果

• [文献書誌] H.Fujii, H.Munehiro, et al.: "Effect of mechanical grinding under Ar and H_2 atmospheres on structural and hydriding properties in LaNi_5"J. Alloys and Compounds. 330-332. 747-757 (2002)
• [文献書誌] K.Higuchi, K.Yamamoto, et al.: "Remarkable hydrogen storage properties in three-layered Pd/Mg/Pd thin films"J. Alloys and Compounds. 330-332. 526-530 (2002)
• [文献書誌] K.Yamaomto, K.Higuchi, et al.: "Optical transmission of magnesium hydride thin film with characteristic nanostructure"J. Alloys and Compounds. 330-332. 352-356 (2002)
• [文献書誌] P.Wang, S.Orimot et al.: "Hydrogen in mechanically prepared nanostructured h-BN"Appl. Phys. Lett.. 80. 318-321 (2002)
• [文献書誌] T.Fukunaga, K.Itoh, S.Orimo, H.Fujii: "Structural observation of energy storage materials prepared by MA"Physica B. 311. 95-101 (2002)
• [文献書誌] H.Fujii, K.Higuchi, et al.: "Remarkable Hydrogen Storage, Structural and Optical Properties in Multi-layered Pd/Mg Thin Films"Mater. Trans.. 43. 2721-2727 (2002)